Estudio de factibilidad técnica para la construcción de un prototipo de casco de celdas P-19 en Venalum (página 2)
Enviado por IVÁN JOSÉ TURMERO ASTROS
La Gerencia de Investigación y Desarrollo se divide en 3 principales divisiones: Tecnología Carbón, Tecnología Reducción y Tecnología Colada. Contando además con un centro de información donde se dispone toda la información según su categoría para obtener todos los datos, trabajos, planos y proyectos de todas las máquinas, hornos, estructuras, grúas etc. Ver Figura N° 4.
Figura N° 4. Organigrama Investigación y Desarrollo.
Fuente. Centro de investigación de Venalum.
CAPÍTULO III
Seguido se muestran las principales definiciones y bases teóricas necesarias para el desarrollo de la siguiente investigación:
Principio de Reducción Electrolítica del Aluminio El proceso de reducción electrolítica del aluminio consiste en extraer el oxígeno de la Alúmina (???2?3) disuelta en el medio electrolítico, formado por Criolita fundida (?????6??3) con un exceso de Fluoruro de Aluminio (?????3), bajo los efectos del paso de una corriente eléctrica directa suministrada por una fuente externa. El oxígeno extraído de la alúmina se combina con el carbón del ánodo y se forma Dióxido de Carbono (???2) que se libera, mientras el aluminio se precipita en forma líquida en el cátodo.
De esta forma, el proceso de reducción se puede resumir en:
Transformación y consumo continúo de alúmina.
Producción y deposición continúa de aluminio metálico líquido en el cátodo de cada celda.
Transformación y consumo continúo de carbón sólido.
Volatilización y consumo del electrolito.
Extracción diaria del material producción y reposición constante de los elementos transformados y consumidos (ánodos, alúmina y electrolito).
Celdas electrolíticas. El proceso de electrólisis para la producción de aluminio primario se lleva a cabo en celdas o cubas con ánodos precocidos, las cuales se encuentran conectadas en serie. La corriente eléctrica proveniente de los rectificadores es conducida por medio de barras colectoras a las celdas electrolíticas, distribuyéndose por los ánodos, baño, cátodos y las barras colectoras de una celda a otra. La corriente entra a la celda a través de los ánodos, fluye por medio del electrolito, donde ocurre el proceso de electrólisis; luego barras colectoras de acero unidas al recubrimiento de carbón del fondo conducen la corriente desde la celda.
Las celdas P-19 con tecnología Reynolds, están formadas por cuatro conjuntos: el Sistema de Barras de Distribución de Corriente en Serie, Sistema Anódico, Baño Electrolítico y Sistema Catódico. En la tabla N° 2, se muestra una breve descripción de cada uno de estos conjuntos.
Tabla N° 2. Conjuntos que conforman una celda P-19.
Fuente. Venalum
En general, en el proceso electrolítico del aluminio son necesarios los siguientes componentes:
Un soluto: Alúmina.
Un solvente: Criolita.
Corriente Eléctrica (Continua).
Celda Electrolítica.
Enderezador de Cascos de Celdas Es una maquina compuesta por un conjunto mecánico principalmente por sistemas hidráulicos que es la encargada de realizar el trabajo de enderezar los cascos de celdas P-19. Dicha maquina va montada en una fosa de concreto que debe resistir las cargas que es aplicada por los sistemas hidráulicos cuando se realiza el enderezado de cascos.
El equipo enderezador de cascos de celdas P-19 fue adquirido por la empresa con la finalidad de obtener la configuración geométrica original de los cascos el cual para la fecha presentan altas deformaciones laterales y frontales. Este equipo cuenta con una serie de conjuntos entre los cuales podemos mencionar el Sistema Mecánico.
Sistema Mecánico Es la parte que se encarga de realizar el enderezamiento vertical, lateral y frontales de los cascos deformados mediante sistemas de cilindros hidráulicos de doble efecto, además cuenta con un sistema de anclaje que es al que se encarga de sujetar el casco cuando se va a enderezar mediante los cilindros hidráulicos.
Sistema de Anclaje El sistema de anclaje se encarga de sostener el casco cuando es posicionado en la fosa para poder realizar el enderezamiento vertical y lateral.
Diagrama Causa – Efecto El diagrama causa-efecto es una forma de organizar y representar las diferentes teorías propuestas sobre las causas de un problema. Se conoce también como diagrama de Ishikawa o diagrama de espina de pescado y se utiliza en las fases de Diagnóstico y Solución de la causa.
El diagrama de causa-efecto o diagrama de Ishikawa es un método gráfico que refleja la relación entre una característica de calidad (muchas veces un área problemática) y los factores que posiblemente contribuyen a que exista. En otras palabras, es una gráfica que relaciona el efecto (problema) con sus causas potenciales.
El diagrama de Ishikawa (DI) es una manera de identificar las fuentes de variabilidad. Para confirmar si una posible causa es una causa real se recurre a la obtención de datos o al conocimiento que se tiene sobre el proceso.
Esquema básico de un diagrama Causa – Efecto
Las causas del problema se buscan activamente y los resultados quedan plasmados en el diagrama.
Un DI muestra el nivel de conocimientos técnicos que se han logrado sobre el proceso.
Un DI sirve para señalar todas las posibles causas de un problema y cómo se relacionan entre sí, con el cual la solución del problema se vuelve un reto y se motiva así el trabajo por la calidad.
Análisis FODA FODA es una sigla que significa Fortalezas, Oportunidades, Debilidades y Amenazas. Es el análisis de variables controlables (las debilidades y fortalezas que son internas de la organización y por lo tanto se puede actuar sobre ellas con mayor facilidad), y de variables no controlables (las oportunidades y amenazas las presenta el contexto y la mayor acción que podemos tomar con respecto a ellas es preverlas y actuar a nuestra conveniencia).
En tal sentido, el FODA lo podemos definir como una herramienta de análisis estratégico, que permite analizar elementos internos a la empresa y por tanto controlables, tales como fortaleza y debilidades, además de factores externos a la misma y por tanto no controlables, tales como oportunidad y amenazas.
Para una mejor comprensión de dicha herramienta estratégica, definiremos las siglas de la siguiente manera:
Fortaleza.- Son todos aquellos elementos positivos que me diferencian de la competencia.
Debilidades.- Son los problemas presentes que una vez identificado y desarrollando una adecuada estrategia, pueden y deben eliminarse.
Oportunidades.- Son situaciones positivas que se generan en el medio y que están disponibles para todas las empresas, que se convertirán en oportunidades de mercado para la empresa cuando ésta las identifique y las aproveche en función de sus fortalezas.
Amenazas.- Son situaciones o hechos externos a la empresa o institución y que pueden llegar a ser negativos para la misma.
Estudio de factibilidad Factibilidad se refiere a la disponibilidad de los recursos necesarios para llevar a cabo los objetivos o metas señalados, la factibilidad se apoya en 3 aspectos básicos:
Operativo.
Técnico.
Económico.
El éxito de un proyecto está determinado por el grado de factibilidad que se presente en cada una de los tres aspectos anteriores. Sirve para recopilar datos relevantes sobre el desarrollo de un proyecto y en base a ello tomar la mejor decisión, si procede su estudio, desarrollo o implementación.
El informe de factibilidad es la culminación de la formulación de un proyecto, y constituye la base de la decisión respecto de su ejecución. Sirve a quienes promueven el proyecto, a las instituciones financieras, a los responsables de la implementación económica global, regional y sectorial.
Definición de Objetivos La investigación de factibilidad en un proyecto consiste en descubrir cuáles son los objetivos de la organización, luego determinar si el proyecto es útil para que la empresa logre sus objetivos. La búsqueda de estos objetivos debe contemplar los recursos disponibles o aquellos que la empresa puede proporcionar, nunca deben definirse con recursos que la empresa no es capaz de dar. En las empresas se cuenta con una serie de objetivos que determinan la posibilidad de factibilidad de un proyecto sin ser limitativos. Estos objetivos son los siguientes:
Reducción de errores y mayor precisión en los procesos.
Reducción de costos mediante la optimización o eliminación de recursos no necesarios.
Integración de todas las áreas y subsistemas de la empresa.
Actualización y mejoramiento de los servicios a clientes o usuarios.
Aceleración en la recopilación de datos.
Reducción en el tiempo de procesamiento y ejecución de tareas.
Automatización optima de procedimientos manuales.
Recursos de los Estudios de Factibilidad La evaluación de un proyecto de factibilidad estará centrada especialmente en los recursos, los cuales se analizarán en aspectos: Operativos, técnicos y económicos, así como en los posibles resultados. De allí que se contemplen las siguientes factibilidades:
Factibilidad Operativa: Depende de los recursos humanos que participaron en el proyecto. Aquí se identifican todas aquellas actividades que son necesarios para lograr el objetivo del proyecto.
Factibilidad Técnica: Se refiere a los recursos que son necesarios para efectuar las actividades que requiere el proyecto.
Factibilidad Económica: Es el elemento más importante, ya que a través de él se solventan las carencias de otros recursos. La factibilidad económica se evalúa a través del análisis de costo– beneficio, el cual compara beneficios y costos del proyecto y, si los primeros exceden a los segundos, se dispone entonces de un primer juicio que indica su viabilidad
Estudio Técnico A través del Estudio Técnico se diseña la función de producción óptima que mejor utiliza los recursos disponibles para realizar las inversiones.
Aspectos a considerar en la justificación técnica de una inversión
Origen de la solicitud (¿Cuál es el problema?).
Consecuencias de la problemática actual.
Número de fallas promedio mensual o anual. Frecuencia de mantenimiento. Vida operativa.
Déficit de los niveles de producción.
Exceso en consumo de insumos.
Accidentalidad (frecuencia).
Contaminación Ambiental.
Enfermedades Profesionales.
Costos adicionales (contratación de servicios, repuestos, etc.)
Beneficios esperados
Impacto que se logrará en la calidad del producto o servicio.
Mejoras en términos de seguridad (accidentabilidad, condiciones inseguras).
Incremento o normalización de los niveles de producción de acuerdo a metas, requerimientos, planes, etc.
Reducción de desperdicios, rechazos, consumo de insumos, etc.
Mejoras en condiciones de trabajo (ergonomía, ruidos, polvos, vibraciones, visibilidad, salud, etc.).
Impacto Ambiental.
Reducción de Frecuencia de intervenciones
Aspectos inherentes al Proyecto
Asistencia técnica requerida.
Posibles proveedores en función de la tecnología.
Disponibilidad de repuestos, servicios, materiales, etc.
Obras civiles requeridas.
Costos adicionales por nacionalización, impuestos, fletes, etc.
Servicios de mantenimiento especial y/o externo que se requieran.
Disponibilidad de recursos humanos para las operaciones.
Servicios industriales requeridos.
Compatibilidad con sistemas actuales.
Actualización de tecnología.
Análisis de los Precios Unitarios (APU) Según Monsalve, J (2008) el Análisis de Precio Unitario "Es el documento técnico contractual, que se genera a partir de las condiciones dadas por el ente contratante y sirve entre muchos otros, para "estimar" los costos directos e indirectos de las partidas de obras de construcción o actividades a ejecutar para la fabricación de partes, piezas, equipos maquinarias. Este sistema aplica a obras civiles, electromecánicas y otras, así como a mantenimiento industrial, suministro de activos capitalizables y fabricación de piezas".
En la actualidad el Análisis de Precio Unitario es exigido por la Ley de Contrataciones Públicas vigente y se considerado una herramienta de gran valor empresarial, siempre y cuando los datos sean confiables; permite la demostración anticipada de los costos en que se incurrirán al realizar actividades productivas a futuro.
Entre los métodos para la realización de Análisis de Precio Unitario se tienen:
Método empírico (experiencia).
Método fuentes secundarias (revistas y base de datos)
Método analítico estándar (uso de Análisis de Precio Unitario "APU")
Es importante destacar que para llegar al método analítico estándar, se necesita obligatoriamente la ayuda del método empírico y el método de fuentes secundarias. No está permitido el uso de base de datos sin estar adaptadas a las necesidades puntuales de cada oferta y a los recursos reales y disponibles necesarios para cada actividad.
Para el logro de estas estimaciones de costos se interpretaron los planos de ingeniería del conjunto, y de este modo determinar el balance de materiales. Para cada actividad se le recabaron los costos vigentes de las materias primas, equipos, mano de obra.
Se diseñó el formato de APU y sobre él se vaciaron los datos del balance de materias primas y demás equipos, y mano de obra necesarios para la construcción del prototipo. El balance de equipos, herramientas y mano de obra se obtuvieron mediante entrevistas no estructuradas con empresarios del sector.
Elementos del Análisis de Precio Unitario: Según Monsalve, J (2008) los elementos que se deben tomar en cuenta para el desarrollo de un modelo de Análisis de Precio Unitario son los siguientes:
Costos Directos: se definen como la participación unitaria en unidades monetarias por cada unidad de medida, de materiales, equipos y mano de obra empleada directa o indirectamente en el proceso de fabricación.
Los costos directos son:
Materiales: involucra todos aquellos costos asociados a materiales, insumos, desperdicios, transporte y flete de materiales.
Para realizar el APU, se debe realizar el balance de materiales previo por unidad de fabricación o construcción que en este caso corresponde a la estructura de casco y su precio unitario se expresa en Bs/pieza: es importante destacar que los diversos precios de materiales, equipos y mano de se insertan en el formato APU, sin IVA.
Equipos: involucra los costos de los equipos propios y alquilados así como las herramientas necesarias para realizar cada actividad debidamente balanceada con la mano de obra y con la actividad a realizar.
Mano de Obra: involucra al costo del personal requerido para el desarrollo de ejecución del trabajo y los costos asociados al salario.
Ventajas de los contratos por Precios Unitarios: Según Monsalve, J (2008) las ventajas son las siguientes:
Permite al ente contratante poder comparar los precios unitarios de las diferentes ofertas presentadas, y poder así seleccionar la mejor, según sus intereses y el pliego de condiciones. (Homologación de ofertas).
Permite variaciones del presupuesto base (aumentos de obra, disminuciones de obra y partidas no previstas).
Permite valuar la obra, es decir darle el valor monetario a precios originales que representa la obra ya ejecutada, probada y aprobada por el ente contratante a través de la inspección
Permite planificar y controlar la obra o fabricación, al establecer tiempos de ejecución en base a los rendimientos promedios estimados en los APU, y número de cuadrillas de trabajo para cumplir con metas establecidas de producción mínima
Permite discriminar los gastos en equipos alquilados y los apartados en caja para reposición y mantenimientos de los equipos propios, a fin de no mezclarlos con la utilidad de la bruta de la obra.
Desventajas de los contratos por precios unitarios: Según Monsalve, J (2008) las desventajas son las siguientes:
Obliga el ente contratante tener proyectos muy bien elaborados a nivel de detalles, antes de proceder con la contratación
Los costos indirectos no son fácilmente cuantificables para cada partida y se ha tomado siempre como un porcentaje de los costos directos. Tanto los gastos administrativos, como generales y la utilidad.
Memoria Descriptiva A la hora de plantear un nuevo proyecto no basta con que tengamos una clara idea de cuál es nuestro objetivo, sino que será necesario saber plasmarlo de forma sistemática, clara y concisa, no sólo porque esto facilita nuestra propia labor, sino también porque en muchos casos tendremos que acudir a inversores externos o a entidades financieras que nos solicitarán esta información.
Partes que debe contener una memoria:
La memoria no debe tener, en general, más de cuarenta o cincuenta páginas si no queremos desanimar al futuro lector a una lectura detallada de nuestro trabajo.
Debemos tener en cuenta quien es el destinatario de la misma y ajustar su contenido a los conocimientos que previsiblemente éste pueda tener. Esto es, no debe llenarse una memoria de tecnicismos sobre mecánica cuando el lector va a ser un empleado del banco que sólo entiende de finanzas.
La elaboración de una memoria debe ser en cualquier caso una labor creativa, no sólo habrá de apuntarse los datos objetivos del proyecto, sino que habrá que hacer lo posible por resaltar sus puntos fuertes; sobre todo en aquellos supuestos en que pretendamos usarla como una herramienta de marketing que nos ayudará a vender el proyecto.
Una Memoria Descriptiva trata de informar sobre el proceso seguido y sobre la solución elegida y las causas que hemos tenido en cuenta para elegir esa solución de entre todas las posibles.
La información sobre el proceso seguido puede incluirse en un subapartado que denominaremos Descripción, mientras que la información sobre la forma, materiales y funcionamiento se puede incluir en un subapartado al que podemos denominar Diseño Previo Definitivo. De igual manera el formato a emplear será el utilizado por la empresa.
Glosario de Términos Alúmina: Óxido de aluminio que se halla en la naturaleza puro y cristalizado o formando con otros cuerpos feldespatos y arcillas.
Aluminio: Es un elemento químico de símbolo Al y número atómico 13. Se trata de un metal no ferromagnético. Es el tercer elemento más común encontrado en la corteza terrestre. Este metal se extrae únicamente del mineral conocido con el nombre de bauxita, por transformación primero en alúmina mediante el proceso Bayer y a continuación en aluminio metálico mediante electrólisis.
Casco: Parte de la superestructura que conforma una celda P-19 y consiste en una cuba o caja rectangular construida en láminas de acero de 20 mm de espesor.
Criolita: Es un mineral del grupo III según la clasificación de Strunz. Es un fluoruro de aluminio y sodio.
Deformación: Es el cambio en el tamaño o forma de un cuerpo debido a esfuerzos internos producidos por una o más fuerzas aplicadas sobre el mismo o la ocurrencia de dilatación térmica Factible: Que puede ser hecho o que es fácil de hacer.
Factibilidad: Se refiere a la disponibilidad de los recursos necesarios para llevar a cabo los objetivos o metas señaladas. Generalmente la factibilidad se determina sobre un proyecto.
Hermeticidad: Calidad de estar perfectamente cerrado o estanco al aire mediante fusión o sellado.
Propiedades mecánicas: Son las propiedades de un material que revelan su comportamiento elástico y plástico cuando se aplica una fuerza, indicando su adecuación para aplicaciones mecánicas; son propiedades mecánicas el módulo de elasticidad, resistencia a la tensión, elongación y límite de fatiga.
CAPITULO IV
En este capítulo se describen las herramientas utilizadas, en este periodo investigativo, descripción del tipo de estudio, descripción de la población y muestra, los recursos e instrumentos utilizados, las técnicas para recolección de datos y el procedimiento.
Tipo de Investigación El tipo de diseño que se realizó para la investigación fue de tipo no- experimental, de tipo evaluativa y documental.
Es de tipo no-experimental debido a que se identificaron las variables relacionadas con el foco de estudio pero no fueron controladas, alteradas o manipuladas con el fin de obtener los resultados.
Es de tipo evaluativa debido a que se aplicó la metodología del estudio de factibilidad de VENALUM a fin de establecer la mejor condición de inversión para la empresa.
La investigación es de tipo documental, debido a que la información se obtuvo de la recopilación de datos y documentación de diversas fuentes ligadas al área de División y Tecnología de Reducción.
Población y Muestra Mohammad Naghi (2000), "Se entiende por población es un conjunto finito de personas, casos o elementos que presentan características comunes, de los cuales pretendemos indagar, para el cual serán válidas las conclusiones obtenidas en la investigación".
Para la elaboración de este estudio, se tomó en cuenta como población los Casos que pertenecen a la actual estructura de las celdas P-19, ya que el estudio de factibilidad técnica va dirigido al reemplazo de los mismos.
Mohammad Naghi (2000), "La muestra es un subconjunto tomado de la población y es aquella a la que se le aplican las herramientas necesarias para llevar a cabo la investigación".
Por otra parte la muestra está representada por un Casco de dicha estructura, parte representativa de la población y centro de estudio.
Técnicas e instrumentos de recolección de datos Luego de haber determinado el alcance, tipo y diseño de la investigación, se establecieron las técnicas a utilizar para recopilar la información y datos necesarios, dentro de las cuales se pueden mencionar principalmente: entrevistas no estructuradas, revisión documental y web.
Materiales y Equipos Los materiales y equipos utilizados en el desarrollo de la investigación fueron los siguientes:
Recursos físicos
Lápiz y papel, útiles para recolectar datos e información.
Calculadora.
Un computador portátil e impresora.
Programas de Microsoft Office.
Equipos de Protección Estos equipos fueron necesarios para trabajar fuera y dentro de las áreas industriales de la empresa y fueron suministrados por la misma:
Botas de seguridad.
Lentes de seguridad.
Protector respiratorio.
Camisa.
Chaqueta (tela jeans).
Pantalón (tela jeans).
Guantes de seguridad.
Recursos humanos
Un asesor académico de ingeniería industrial
Un asesor industrial de la Gerencia de Investigación y Desarrollo.
Orientadores y facilitadores del centro de investigación.
Procedimiento Metodológico Se logró realizar el estudio por medio de las siguientes actividades:
Primeramente se realizó la investigación y descripción de la problemática que presenta el área de reducción de VENALUM, específicamente de las deformaciones generadas en los cascos de las celdas P-19 pertenecientes a ese departamento.
Se recopiló información bibliográfica sobre estudio de factibilidad técnica, igualmente de a cerca de los precios unitarios y memoria descriptiva.
Se revisaron diversos conjuntos de Informes de factibilidad técnica de años anteriores para analizar la metodología utilizada por la División de Ingeniería Económica adscrita a la Gerencia de Ingeniería Industrial de VENALUM.
Se realizó el análisis técnico establecer los lineamientos de construcción del prototipo.
Mediante la información obtenida del desglose e interpretación de los planos del prototipo, se llevó a cabo un análisis de precios unitarios.
Se realizó la elaboración de formato de memoria descriptiva de la construcción del prototipo.
7. De acuerdo a los resultados obtenidos del estudio se concluyó y realizaron recomendaciones donde se hizo énfasis en la necesidad de la construcción del prototipo.
CAPÍTULO V
El siguiente capítulo comprende la descripción del proceso y las partes principales de una Celda Electrolítica de tipo P-19, para posteriormente definir las deformaciones que presenta actualmente el casco perteneciente a la estructura de dicha celda.
Descripción del Proceso La reducción de aluminio se lleva a cabo en una celda de reducción electrolítica, la celda de tipo P-19 es una estructura tecnológica basada principalmente en principios fisicoquímicos con la aplicación de la primera y segunda ley de la Termodinámica y las leyes de Faraday entre otras. Estas estructuras debido a la acción de una corriente de electrones, generada por una fuente exterior a la celda, producen una reacción electrolítica formando productos como el aluminio, monóxido de carbono entre otros.
Para la reducción electrolítica se introduce en la celda la corriente eléctrica (corriente continua) necesaria; a través de los ánodos. Dentro de la celda la corriente fluye a través del electrolito y del metal líquido, hasta el bloque catódico y sale por las barras colectoras.
El proceso consiste en retirar el oxígeno de la alúmina disuelta en un medio electrolítico bajo los efectos de una corriente continua que es suministrada por una fuente externa. La alúmina se descompone en aluminio y oxígeno molecular el cual se combina con el carbono del ánodo y forma gas carbónico que es liberado. El aluminio precipita en forma líquida en el fondo de la cuba.
A continuación se muestra un esquema representativo de una celda electrolítica, Ver Figura N° 5.
Figura N° 5. Representación esquemática de una celda electrolítica.
Fuente. Intranet VENALU Una celda de reducción P-19 se divide en dos (2) secciones, principales las cuales son: La Superestructura y el Cátodo.
Superestructura La superestructura está configurada por: El sistema de barras conductoras, el puente anódico, tolvas de la Celda, sistema rompe-costra y barras verticales, Ver Figura N° 6.
Figura N° 6. Superestructura celda P-19 Fuente. Autora El sistema catódico El sistema catódico está constituido por una carcasa metálica de forma rectangular llamada casco, el cual está montado sobre soportes voladizos en forma de rieles, lo que, en conjunto se llama "cuna"; encontrándose dicha carcasa recubierta interiormente por revestimiento de pasta catódica. Además, posee 14 bloques catódicos cada uno de los cuales tiene dos (2) barras colectoras o barras de distribución catódica por donde circula la corriente. Ver Figura N° 7.
Figura N° 7.Sistema catódico Fuente. Superintendencia de Reacondicionamiento Catódico. Venalum Casco de acero El casco está fabricado en acero St-37-2; dicho casco posee una forma rectangular con esquinas achafladas y está unido a un conjunto de estructuras en voladizo que forman una "cuna", las cuales le confieren mayor rigidez al casco. Además, en su parte superior se le instala un elemento denominado plato, aportándole igualmente rigidez y permite apoyar las tapas laterales con el objetivo de obtener mayor hermeticidad de la celda.
Figura N° 8. Casco de acero de las celdas P-19 Fuente. Autora
Diagnostico Durante el proceso de electrolisis el casco de acero debe soportar tensiones mecánicas, térmicas y alteraciones químicas. La acción combinada de estas tensiones genera esfuerzos en el casco los cuales al incrementar continuamente con el tiempo han causado deformaciones permanentes en ellos. Debido a esto la resistencia del casco para soportar la carga de los materiales, revestimiento, metal y baño, se ve disminuida y las partes superiores de las caras o paredes comienzan a pandearse tomando la típica forma de óvalo.
Figura N° 9. Casco Deformado P-19 Fuente. VENALUM El diseño del casco y la estructura de soporte influyen en la estabilidad estructural o deformación del mismo, así como también es importante en el diseño y comportamiento del revestimiento, lo que determina en parte la vida útil de la celda. Por falta de un soporte firme y estable, el revestimiento se desplaza debido a los cambios térmicos, permitiendo la penetración de sodio y del baño electrolítico hacia los bloques catódicos y demás materiales del cátodo, lo cual deriva en grandes esfuerzos, así como una expansión desmedida de todo el revestimiento; originando mayores deformaciones a la estructura del casco; principalmente en las paredes del mismo.
Durante las primeras horas de operación de una celda (etapa de arranque), todos sus elementos sufren deformaciones importantes; en las cuales la tasa de deformación disminuye durante los días siguientes, manteniéndose un incremento sostenido en las deformaciones post etapa de arranque (durante todo el ciclo de vida). Las tensiones que más influyen en el comportamiento del casco son:
Las tensiones debido al peso propio de la celda, que son fácilmente calculadas ya que se conoce el peso de todos los materiales del revestimiento.
Las tensiones debidas a la distribución de temperaturas en el casco y materiales en el revestimiento del cátodo; variando dicha distribución de temperaturas durante las fases de precalentamiento (cocción), arranque y operación de la celda
Las tensiones debidas a la impregnación de sodio en el cátodo durante la operación de la celda, ya que junto con la electrólisis tiene lugar la penetración de sodio y flúor en el revestimiento catódico, generándose tensiones que deforman las paredes del casco.
Debido a que el casco o casco e encuentra expuesto a condiciones de servicio muy exigentes, siendo especialmente intensas las solicitaciones térmicas, lo cual crea deformaciones en la estructura del mismo, actualmente y desde el año 2006 se ha implementado, un proceso de enderezado al Casco una vez es desincorporado de operación, para llevarlo a una geometría admisible para su proceso de producción, en el cual se remueve el plato original para reemplazarlo por un plato modificado (todos los platos están unidos al casco mediante pernos, con la finalidad de darle mayor rigidez al casco para su puesta en operación posteriormente. Por no ser esta la solución definitiva a la problemática presente; previamente se realizó el diseño de una nueva estructura metálica del conjunto Casco-Plato-Cuna, tomando en cuenta que esta nueva estructura posea la rigidez necesaria para adecuarse mayoritariamente a las variables operacionales a las que está sometida constantemente y sin violar las restricciones geométricas existentes; incrementando la vida del casco y de la celda en operación.
Diagrama Causa – Efecto de los factores que intervienen en el deterioro de la estructura actual de los Cascos A continuación se presenta el Diagrama Causa – Efecto de los factores que intervienen en el deterioro de la estructura actual de los casco de las celdas P-19, en base a las "4M" de las cuales se analizaron las siguientes Ver Figura N° 10.
Mano de Obra.
Maquinaria.
Mantenimiento.
Medio Ambiente.
Figura N° 10. Diagrama Causa – Efecto Fuente. Autora La disminución de las propiedades mecánicas y las fallas en las funciones operativas de los casos actuales ha causado déficits en su productividad, entre las que se encuentran:
Mano de Obra: Los operarios que realizan trabajos en el área de reducción, específicamente donde se encuentras las celdas P-19, se ven obligados a no permanecer de manera permanente en dichas áreas debidos a las condiciones ambientes generadas por las celdas en operación.
Maquinaria: El vencimiento de la vida útil de los casco es el principal causante del resto de los deterioros en los mismo, tales como; las deformaciones en la estructura, falla en la hermeticidad, expansión del revestimiento catódico, etc.
Mantenimiento: El mantenimiento a los caso de las celda P-19 se hace cada vez más constante, incurriendo esto en alto costo por dichos mantenimiento.
Medio Ambiente: Al igual que la seguridad laboral el medio ambiente también se ve afecto por falta de condiciones aptas y apropiadas con las cuales debería estar funcionando las celdas, esto causado principalmente por la falta de hermeticidad y la expulsión de los materiales.
Matriz FODA Para el siguiente diagnostico se utilizó una Matriz FODA, la cual mediante su análisis se llegó a determinar las Fortalezas (factores internos con los que se cuenta), las Oportunidades, (factores externos positivos que se aprovecharán utilizando las fortalezas), la Debilidades, (factores internos negativos que se deben eliminar o reducir) y Amenazas, (factores externos que podrían obstaculizar el logro de nuestros objetivos). Ver Tabla N° 3.
Fortalezas
El nuevo diseño de Casco posee mejor hermeticidad y mayor rigidez en una sola estructura.
La nueva estructura requiere menos mantenimiento, disminuyendo así el costo del mismo.
Debido a las mejoras mecánicas el prototipo tendría mayor tiempo de vida operativa.
Debilidades
La estructura original tiene un periodo de operación de 37 años el cual representa el 74% de su vida útil.
La estructura actual presenta perdida de propiedades mecánicas.
EL nivel de líquido y la hermeticidad están actualmente comprometidos debido a las deformaciones presentes en la estructura.
Oportunidades
El proyecto cuenta con el respaldo de la gerencia de investigación y desarrollo para llevar a cabo los estudios de factibilidad necesarios para su ejecución.
La empresa cuanta con experiencia en estudios técnicos para reemplazos de equipos.
VENALUM ha realizado anteriormente reemplazos de equipo de manera exitosa.
Amenazas
Será necesario realizar un estudio económico financiero para complementar el análisis de la factibilidad del proyecto y su viabilidad de ejecución.
Una vez realizados los estudios de factibilidad necesarios se requerirá de una empresa externa para llevar a cabo la construcción del prototipo, generando un costo de inversión inicial.
Se podrían presentar limitaciones de incumplimiento de contrato por parte de la empresa que llevará a cabo la construcción del prototipo.
El presente texto es solo una selección del trabajo original.Para consultar la monografía completa seleccionar la opción descargar del menú superior.
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